Uma metodologia analítica para a avaliação do campo de tensões em barragens de concreto durante terremotos

Abstract

A grande quantidade de água armazenada em uma barragem torna catastrófico o cenário de uma eventual ruptura. Projeto, cálculo e execução rigorosos são necessários para a concepção deste tipo de estrutura. Pode-se dizer que a consideração de carregamentos excepcionais, em estruturas deste porte, não é nenhum exagero, tendo em vista a importância social e o potencial destrutivo de uma barragem. Estudos sismológicos desde a década de 70 mostram que – ao contrário do imaginário popular – as atividades sísmicas em nosso país estão em constante manifestação. Sismos de moderada magnitude vêm ocorrendo em várias regiões do país, de forma natural, ou induzida pelo enchimento de reservatórios. O presente trabalho tem como objetivo apresentar uma metodologia analítica que permite o cálculo de tensões em qualquer ponto de uma barragem gravidade de concreto submetida a ações sísmicas. A base para o desenvolvimento desta metodologia será o Método da Gravidade. Este método, proposto pelo United States Bureau of Reclamation – USBR, permite a análise estática e pseudo-estática de barragens gravidade de concreto. Entretanto, as particularidades de sua formulação não se encontram disponíveis na literatura. Os resultados obtidos com este método são excelentes quando comparados a métodos mais refinados, o que justifica a sua importância, além de sua simplicidade para a aplicação em etapas preliminares de projeto. Os estudos desenvolvidos ao longo deste trabalho permitiram identificar termo-a-termo cada uma das variáveis envolvidas na formulação do Método da Gravidade. Todas as suas equações foram rededuzidas. Com o domínio desta formulação foi possível acrescentar ao Método da Gravidade uma variante do Método Pseudo-Dinâmico, algo inédito nas formulações originais. Esta adaptação revelou-se uma ótima aproximação do Método Pseudo-Dinâmico, conduzindo a resultados ligeiramente conservadores. Além disso, esta variante permitiu o avanço das formulações originais para um nível mais sofisticado de análise, cuja principal característica é a consideração da elasticidade da estrutura. ____________________________________________________________________________ ABSTRACT

The large amount of water stored in a dam makes its rupture to be catastrophic. Project, design and execution are crucial for this kind of structure. Exceptional loadings must be taken in account during design phase, because of its highly destructive potential and social importance. Seismological studies in Brazil are being conducted since the seventies, and show that seismic activity is constant in this country. Moderate earthquake activity is occurring in some regions; naturally or inducted by the reservoir. The present work will provide an analytical solution of stress field in concrete gravity dams during earthquakes. This solution will be developed taking the Gravity Method as a basis. This method, proposed by the United States Bureau of Reclamation – USBR, is designed for static and pseudo-static analysis of concrete gravity dams. However, its formulation and particularities details are not shown in literature. The results obtained by this method are excellent when compared to more refined analysis, and that justifies its importance for preliminary design of dams. The research developed along this work made it possible to identify every constant contained in the formulation of the Gravity Method. With the complete understanding of this method, it was possible to apply a simplified Chopra approach to the original formulation. The results obtained by the proposed methodology are slightly conservative. And the original formulation is advanced to a new level, which enables the solution of stress field in concrete gravity dams by a modified pseudo-dynamic method.